Thèse Migration Stellaire et Lieu Galactique de Naissance du Soleil. H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Université Côte d'Azur
École doctorale : SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées
Laboratoire de recherche : Laboratoire J.L. LAGRANGE
Direction de la thèse : Alejandra RECIO BLANCO ORCID 0000000265507377
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-24T23:59:59

La composition chimique du Soleil semble plus riche que celle des étoiles voisines d'âge similaire situées autour de sa position actuelle, à environ 8,25 kpc du centre Galactique. Cela suggère que le Soleil a migré depuis des régions plus internes de la Voie Lactée. Cependant, l'anomalie d'abondance solaire n'est actuellement pas bien contrainte. Par conséquent, les estimations du rayon de naissance du Soleil varient entre 4 et 9 kpc du centre galactique, avec une valeur moyenne d'environ 5 kpc.
Ce projet de thèse a pour objectif une estimation robuste du rayon Galactique de naissance du Soleil. Pour cela nous allons utiliser une approche originale qui combine 1) des gradients chrono-chimiques (métallicité stellaire en fonction du rayon Galactique et de l'âge des étoiles), 2) des contraintes sur les grains pré-solaires observés dans les météorites et 3) des prescriptions sur la migration stellaire basés sur des simulations numériques à haute résolution.

Le premier élément de l'analyse, les gradients chrono-chimiques, sera obtenu grâce aux données de la mission spatiale Gaia de l'ESA, utilisant les paramètres physico-chimiques stellaires de produites par le module d'analyse GSPspec dont nous avons la responsabilité (Recio-Blanco et al. 2023, 2024). La mission Gaia publiera en Décembre 2026 l'analyse de 5.5 années d'observations (Data Release 4) révolutionnant à nouveau notre vision de la Voie Lactée. Grâce aux données Gaia publiés précédemment (Data Release 3), nous avons déjà dévoilée un excès d'étoiles ayant les mêmes caractéristiques chimiques que le Soleil, ainsi qu'un âge similaire, qui aurait migré depuis les régions internes de la Galaxie (Tsujimoto, Taniguchi, Recio-Blanco et al. 2026). Cette thèse, utilisant les nouvelles données DR4 permettra de mieux comprendre les raisons de cette migration stellaire et d'élargir notre vision de l'histoire de notre Soleil à sa dimension Galactique.

Le deuxième élément du projet est l'utilisation de la chimie des grains présolaires comme contrainte de l'environnement de formation du Soleil. La composition chimique de notre système solaire reflète l'évolution chimique Galactique dans le milieu interstellaire local au cours des quelque 9 milliards d'années qui ont précédé la formation du Système Solaire. Bien que la poussière incorporée ait été en grande partie détruite lors de la formation du système solaire, une petite fraction de cette poussière, connue sous le nom de grains présolaires, a été préservée dans des matériaux extraterrestres vierges et identifiée grâce à leur composition isotopique exotique. On estime que les grains présolaires pourraient s'être formés jusqu'à 3± 2 milliards d'années avant le Système Solaire (Heck et al. 2019). A cette époque, la métallicité des étoiles était différente de celle qui a vu naitre le Soleil. Par conséquent, en combinant les expertises uniques de notre laboratoire en évolution chimique Galactique, physique des étoiles évoluées et astrochimie des grains, nous voulons identifier les environnements Galactiques les plus probables (ou les moins probables) pour la formation des grains présolaires.

Enfin, le troisième élément de l'étude est l'estimation de l'ampleur des processus de migration stellaire dans le disque Galactique au cours du temps. Pour cela, nous allons utiliser des prescriptions combinant des données Gaia et des simulations numériques de la Voie Lactée incluant des étoiles et du gaz (NEXUS, Tepper- García et al. 2024). Cela permet de construire un modèle chrono-chimio-dynamique du disque, intégrant l'évolution de la métallicité et des vitesses stellaires, ainsi que la migration radiale afin d'ajuster la distribution observée de l'âge, de la métallicité et de la cinématique (Zhang et al. 2025).

La mission Gaia de l'Agence spatiale européenne (Gaia Coll., Brown et al. 2021) vient d'achever 10,5 années (3 827 jours complets) d'observations. Gaia peut être considérée comme l'équivalent de l'expédition du Beagle de Darwin pour l'évolution galactique, recueillant des données exhaustives sur la diversité et les mouvements des populations stellaires de la Voie lactée. La mise en corrélation de cette diversité avec son environnement galactique permettra de jeter les bases d'une perspective contemporaine sur l'évolution de la Voie Lactée.

Cette thèse est centrée sur un des problèmes majeurs de l'évolution Galactique: la migration des étoiles dans le disque de la Voie Lactée. Les populations stellaires du disque mince (âgées de moins de 9 milliards d'années) présentent une dispersion importante dans la relation âge-métallicité. Ce phénomène s'explique par la superposition d'étoiles ayant des histoires d'enrichissement et des rayons de naissance différents (par exemple, Sellwood & Binney 2002). En effet, les bras spiraux et la barre centrale déterminent l'évolution dynamique à long terme du disque, par le biais de processus tels que la diffusion gravitationnelle des étoiles et le transport du moment cinétique (Lynden-Bell & Kajnals, 1972 ; Binney & Tremaine 2008). Cependant, le degré de mélange radial est largement inconnu. Dans le mécanisme de migration ou de brassage, la conservation du moment cinétique n'est pas garantie et les informations sur le rayon de naissance peuvent être perdues. Dans ce cas, la seule grandeur conservée (à quelques exceptions près) est la composition chimique de l'atmosphère stellaire. Les tendances chimiques radiales sont alors utilisées pour déduire le rayon de naissance, comme nous l'avons fait dans Minchev et al. 2018 et Santos-Peral et al. 2021. La cartographie chimique dont je suis responsable pour la mission Gaia de l'ESA, offre une perspective globale unique qui nous permet d'étudier de manière approfondie le cas particulier du Système solaire et d'imposer des contraintes sans précédent sur la formation et le lieu de naissance du Soleil.

Master en astrophysique, physique ou mathématiques. Un Master en Astrophysique sera considéré favorablement.